橋墩與橫系梁同步施工工法

1、橋墩與橫系梁牛腿托架同步施工工法中鐵二局第一工程有限公司何壽海 劉漢龍 唐 江 唐麗茹 周 莉1.前言橋梁高墩設(shè)計時，需要在兩墩柱間設(shè)置橫系梁以增加墩身橫向剛度，防止墩身橫向失穩(wěn)。高墩橫系梁傳統(tǒng)的施工方法有支架法、鋼棒法和抱箍法等。鋼棒法和抱箍法需要先將墩柱施工完畢，在墩柱上穿設(shè)鋼棒或安裝抱箍后安裝系梁施工平臺再施工系梁，即墩柱與橫系梁按兩道工序分開組織施工；支架法可采取墩柱與橫系梁分開或同步施工，需將墩柱模型或墩柱混凝土施工完成后方能搭設(shè)支架。橫系梁傳統(tǒng)施工方法存在施工周期長、施工速度慢、施工工序繁瑣等缺點，不能達(dá)到墩柱與橫系梁同步、快速、簡便的施工。在汕昆高速公路貴州境板壩（桂黔界）至江底

2、（黔滇界）第一合同段橋梁下構(gòu)施工中，課題小組通過對墩身及橫系梁施工工序、模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，總結(jié)形成橋墩與橫系梁牛腿托架同步施工技術(shù)，實現(xiàn)橋墩與橫系梁同步、快速施工，加快橋梁下構(gòu)施工進(jìn)度，提高施工效率。通過該項目成功應(yīng)用，總結(jié)形成此工法。2.工法特點2.0.1 墩柱與橫系梁同步施工橫系梁利用墩柱模型作為支撐柱，改變傳統(tǒng)方法依靠墩柱支撐的方式，實現(xiàn)墩柱和橫系梁混凝土同步施工。2.0.2 操作簡便、施工進(jìn)度快牛腿事先焊接在墩柱模型上，墩柱模型安裝到位后，在牛腿上安裝型鋼搭設(shè)系梁施工平臺，然后安裝系梁底模、鋼筋、側(cè)模，同步施工墩柱、系梁混凝土，減少傳統(tǒng)方法穿設(shè)鋼棒、搭設(shè)支架安裝系梁施工平臺時間，操

3、作簡便、施工進(jìn)度快。2.0.3 施工成本底牛腿托架法施工橫系梁從材料的投入上分析，較傳統(tǒng)施工方案投入的材料費用低，同時橫系梁平臺材料可全部倒用于蓋梁施工，材料的周轉(zhuǎn)利用率高，施工成本底。3.適用范圍本工法適用于公路和市政橋梁橋墩設(shè)有橫系梁的施工。4.工藝原理雙柱式橋墩與橫系梁牛腿托架同步施工工法原理為：墩柱模型即作為墩身混凝土施工的外模又作為橫系梁施工的支撐柱，同時承受墩柱混凝土、系梁及施工平臺的施工荷載。事先在墩柱模型上焊接牛腿，墩柱模型安裝就位后在牛腿上安裝橫系梁施工平臺，安裝系梁鋼筋、模型，系梁混凝土和墩身混凝土同步澆筑；砼達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，拆除系梁模型、托架平臺、墩柱模型倒用至該墩位上一

4、節(jié)墩柱和橫系梁，同樣方法完成上一節(jié)墩柱和上一道橫系梁的施工，直至該墩位施工完成。5.施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程見圖5.1圖5.1 施工工藝流程圖5.2 操作要點 牛腿施工牛腿設(shè)計：牛腿采用兩根長500mm、200mm的20a槽鋼焊接成“口”字型；槽鋼頂部安放墊板，采用200200mm、=20mm鋼板制作并與槽鋼焊接,用來擱置千斤頂；焊縫間滿焊。牛腿設(shè)計見圖5.2.1-1。牛腿與墩身模型連接：牛腿與墩柱模型連接采取焊接方式，焊接在半圓形墩柱中間位置，豎向距模型頂1170mm（焊接位置由系梁托架平臺千斤頂、工字鋼、槽鋼及系梁底模厚度確定）；牛腿長邊與墩身模型豎向肋（墩身模型設(shè)計采用8

5、0槽鋼）焊接，焊接長度不小于400mm，焊縫厚度不小于5mm（經(jīng)驗算焊縫長度200mm能滿足設(shè)計要求，安全系數(shù)按2倍考慮）；為加強(qiáng)模型結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固，對牛腿連接處的一節(jié)墩柱模型的豎向肋與面板焊縫滿焊處理。牛腿與墩柱模型連接見圖5.2.1-2。-1 牛腿設(shè)計圖圖5.2.1-2 牛腿與墩柱連接圖5.2.2 墩柱鋼筋模型安裝1 鋼筋安裝：墩柱鋼筋在鋼筋加工場集中加工，采用平板運輸車運至施工現(xiàn)場，再采用吊車起吊安裝就位；鋼筋吊裝前，在鋼筋籠四周布設(shè)砼墊塊，墊塊按梅花形、不少于4個/m2布置。2 模型制作與安裝1) 模型設(shè)計：墩柱模型設(shè)計為大塊鋼模、分節(jié)制作（節(jié)段長1.5m和2.0m），每節(jié)由兩個半圓形組合

6、。面板采用5mm鋼板、橫向連接法蘭采用12mm鋼板氣割而成、豎向連接法蘭采用758mm角鋼、豎向加強(qiáng)筋采用808mm扁鋼和8號槽鋼（間隔設(shè)置）、水平筋板采用808mm扁鋼；周邊設(shè)置18mm、間距200mm螺栓孔,通過16mm螺栓連接。焊接要求：水平筋板雙面焊接，筋板與面板之間斷焊，距離150-200mm、焊接長度40-50mm。2) 模型安裝：按照墩柱設(shè)計高度，對模型進(jìn)行現(xiàn)場組拼；墩柱模型按半圓形方式組拼，采用汽車吊車一次起吊安裝就位。墩柱模型組拼時，根據(jù)系梁設(shè)計高程推算組拼模型高度，然后確定所需組拼模型模數(shù)（節(jié)數(shù)及節(jié)長度），并將事先焊接有牛腿的一節(jié)墩柱模型置于頂部。3) 模型固定：墩柱模型采

7、取纜風(fēng)固定，在模型上部拉設(shè)三處（模型周邊均分布設(shè)），設(shè)置角度4560,以保證模型穩(wěn)定。墩柱模型安裝完成后，在墩柱一側(cè)安裝定制的安全爬梯作為操作人員上下通行通道。安全爬梯沿墩柱豎向搭設(shè)，采用10鋼筋、每間距5m在墩柱上固定一道，以保證爬梯穩(wěn)定性；同時爬梯四周掛設(shè)安全密目網(wǎng)，采用扎絲嚴(yán)實綁扎在爬梯上，爬梯底部四腳采用1010cm方木支墊，方木安放在實地上，以保證架體的穩(wěn)定。現(xiàn)場安全爬梯搭設(shè)見圖5.2.2-1。注意事項：必須在中部位置布設(shè)一道8號槽鋼作豎向加強(qiáng)筋，利于牛腿焊接；模型每處螺栓孔位置必須按照設(shè)計采用的螺栓進(jìn)行連接，嚴(yán)禁漏連。圖5.2.2-1 安全爬梯搭設(shè)圖5.2.3 系梁托架平臺安裝托架

8、平臺由QLD50螺旋千斤頂（最大頂伸長度150mm，經(jīng)驗算32噸螺旋千斤頂能滿足設(shè)計要求）、I45a工字鋼（長度12m）和14b槽鋼（長度4m，考慮了兩側(cè)操作平臺所需寬度）組成。系梁施工完后，千斤頂、工字鋼和槽鋼可用于蓋梁施工，系梁托架平臺兼做工人操作平臺。墩柱模型按照設(shè)計位置校正后，安裝系梁托架平臺。具體操作步驟及要點如下：1 千斤頂安裝：先旋出千斤頂?shù)穆菪龡U，旋出長度710cm，然后將千斤頂安放在牛腿上；測量千斤頂螺旋桿頂部高程是否滿足設(shè)計要求，若與設(shè)計高程有偏差，則調(diào)節(jié)千斤頂使螺旋桿頂部高程滿足設(shè)計要求。2 工字鋼安裝與加固：采用汽車吊車起吊工字鋼，并將其安放在墩柱模型兩側(cè)的千斤頂上。工

9、字鋼的固定措施為分別在距工字鋼兩端3.9m位置采用20mm拉桿將其緊固在墩柱模型上。將工字鋼固定完畢后，方能進(jìn)行下道工序施工。3 槽鋼安裝：槽鋼采用汽車吊車起吊安裝，在工字鋼上按間距45cm均勻安放。系梁托架平臺，現(xiàn)場系梁托架平臺安裝見圖5.2.3-2。 現(xiàn)場系梁托架平臺安裝圖 系梁托架平臺設(shè)計圖5.2.4 系梁模型鋼筋安裝托架平臺安裝完畢后，對高程、平面位置等進(jìn)行檢測，檢查合格后進(jìn)行下道工序施工。具體施工順序為：橫系梁底模安裝橫系梁鋼筋安裝橫系梁側(cè)模安裝。系梁底模、側(cè)模設(shè)計成大塊鋼模。底模安裝完成后測量放樣，進(jìn)行系梁鋼筋和側(cè)模安裝。具體見圖5.2.4-1所示。橫系梁底模安裝完成后，及時安裝操

10、作平臺。托架平臺設(shè)計時，已將14槽鋼加長至4m，操作平臺充分利用橫系梁兩側(cè)的空余空間（每側(cè)1.3m）設(shè)置；在平臺槽鋼上鋪設(shè)厚12mm木板，槽鋼端部豎向焊接長1.2m鋼管，鋼管中部、頂部橫向焊接16鋼筋，外側(cè)掛設(shè)安全密目網(wǎng)。施工注意事項：為了便于上一節(jié)墩柱模型的定位連接及系梁模型的倒用，在系梁模型上再增加一節(jié)長度1.0m或1.5m的墩柱模型。增加一節(jié)墩柱模型的長度需根據(jù)施工的上一節(jié)墩柱的長度確定，同時注意墩柱鋼筋下料時也隨之加長。圖5.2.4-1 橫系梁模型安裝圖5.2.5 墩身系梁砼澆筑對模型垂直度、中線位置、墩柱模型加固、系梁平臺加固等檢驗合格后，進(jìn)行下道工序混凝土施工?；炷猎诎韬驼炯邪?/p>

11、制，罐車運至現(xiàn)場，吊車起吊入模。模型內(nèi)掛設(shè)串筒，混凝土對稱、水平分層澆筑，層厚控制50cm，采用插入式振搗器搗固?；炷敛捎猛凉げ几采w灑水養(yǎng)生，模型拆除后纏裹塑料薄膜養(yǎng)生，養(yǎng)護(hù)時間不少于14天。施工注意事項：為減小混凝土入模時產(chǎn)生的沖擊荷載對托架平臺的影響，系梁混凝土從兩側(cè)墩柱位置入模，并保證對稱施工。5.2.6 模型拆除待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后進(jìn)行模型拆除。模型拆除采取人工配合汽車吊車進(jìn)行拆除，按照后支先拆、先支后拆的原則順序進(jìn)行，具體為橫系梁側(cè)模橫系梁底模及托架平臺墩柱模型。拆除后的系梁、墩柱模型就近倒用到該墩位上一節(jié)墩柱和橫系梁的施工。橫系梁、墩柱模型的倒用見圖5.2.6-1，現(xiàn)場墩柱

12、及橫系梁施工完成圖片見圖5.2.6-2。施工注意事項：橫系梁頂增加的一節(jié)墩柱模型保留不拆除，便于上一節(jié)墩柱模型的定位連接。 現(xiàn)場墩柱及橫系梁施工完成圖 橫系梁、墩柱模型倒用5.3 勞動力組織本工法需要的勞動力按鋼筋制安、模型托架安裝、混凝土施工等工序劃分，需要勞動力勞動力配置表。表5.3.1 勞動力配置表序號工種人數(shù)（人）工作內(nèi)容備注1現(xiàn)場負(fù)責(zé)人1現(xiàn)場指揮、協(xié)調(diào)2技術(shù)員1施工技術(shù)指導(dǎo)3試驗員1試驗檢測4安全員1現(xiàn)場安全檢查5吊車指揮員1吊車操作指揮6鋼筋工6鋼筋制作安裝7模型工6模型、托架平臺的安裝及拆除8混凝土工4混凝土澆筑合計216.設(shè)備與材料6.1 主要設(shè)備本工法需要的設(shè)備主要有：鋼筋加

13、工設(shè)備、模型托架平臺安拆設(shè)備、砼拌制運輸設(shè)備、砼搗固設(shè)備等。需要設(shè)備見6.1主要設(shè)備配置表。表6.1 主要設(shè)備規(guī)格數(shù)量表序號設(shè)備名稱規(guī)格單位數(shù)量(臺)備注1砼拌和設(shè)備套12鋼筋加工設(shè)備套13汽車吊車25噸臺14砼罐車12m3臺25插入式振搗器ZDN80臺31臺備用6.2 主要材料本工法無特殊材料，使用的工程材料主要有：Q345鋼筋，鋼模型，QLD50螺旋千斤頂、I45a工字鋼、14槽鋼。7.質(zhì)量控制7.1 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)雙柱式橋墩與橫系梁牛腿托架同步施工質(zhì)量控制執(zhí)行公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTGT F50-2011）相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。7.2 質(zhì)量控制要點經(jīng)現(xiàn)場施工總結(jié)，雙柱式橋梁墩身與橫系梁牛腿托架同

14、步施工質(zhì)量控制要點有幾個方面： 牛腿長邊與墩身模型豎向肋（80槽鋼）焊接，焊接長度不小于400mm，焊縫厚度不小于5mm；肋筋與面板焊縫滿焊處理（只針對牛腿連接處的一節(jié)墩柱模型），以加強(qiáng)模型結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固。7.2.2 必須在中部位置布設(shè)一道8號槽鋼作豎向加強(qiáng)筋，利于牛腿焊接；模型每處螺栓孔位置必須按照設(shè)計采用的螺栓進(jìn)行連接，嚴(yán)禁漏連。7.2.3 千斤頂安裝完成后測量螺旋桿頂部高程滿足設(shè)計要求，偏差控制在10mm范圍內(nèi)。8.安全措施8.0.1 墩柱系梁施工屬高空作業(yè)，整個施工過程操作工人仍應(yīng)按規(guī)定要求配戴安全帽、安全繩等安全設(shè)施。8.0.2 施工工程中，搭設(shè)定制安全爬梯作為上下通行通道。安全爬梯沿墩

15、柱豎向采用10鋼筋、間距5m在墩柱上固定一道，以保證爬梯穩(wěn)定性;同時爬梯四周掛設(shè)安全密目網(wǎng)，用扎絲嚴(yán)實綁扎在爬梯上，爬梯底部四腳用1010cm方木支墊，方木安放在實地上。8.0.3 托架平臺工字鋼采用20mm拉桿緊固在墩柱模型上，未固定完畢之前，不能進(jìn)行下道工序施工。8.0.4 橫系梁底模安裝完成后，及時安裝操作平臺，以保證后續(xù)工序的施工操作人員的安全。9.環(huán)保措施9.0.1 施工便道采用灑水車灑水，防止揚(yáng)塵。9.0.2 混凝土澆筑完成后若有剩余，由拌和站調(diào)度人員統(tǒng)一安排處理，嚴(yán)禁隨意傾倒在施工現(xiàn)場。9.0.3 養(yǎng)護(hù)完成后，將覆蓋的土工布、塑料薄膜集中收集堆放，避免其在施工現(xiàn)場隨意飄散影響環(huán)境

16、。10.效益分析10.1 經(jīng)濟(jì)效益本工法不僅為墩柱與橫系梁同步快速施工提供了技術(shù)支撐，而且創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益，具體分析情況如下：本工法與支架法相比，從材料的使用上分析，兩種方法只是在橫系梁平臺的支撐上使用不同的方式，本工法采用牛腿、千斤頂加工字鋼方式、支架法采用滿堂架作方式，上部平臺使用的材料槽鋼均一樣；從施工時間分析，支架法施工需要先安裝墩柱模型，然后搭設(shè)支架安裝系梁施工平臺再施工系梁，但本工法能實現(xiàn)墩柱模型安裝完成后立即進(jìn)行系梁施工平臺的搭設(shè)，經(jīng)現(xiàn)場實施情況統(tǒng)計支架法施工循環(huán)周期為9天，對比后一個循環(huán)本工法較支架法減少施工時間2天。與支架法相比，本工法節(jié)約成本費用4.24萬元（針對本項目

17、），節(jié)約施工時間約30%，成本費用分析見表10.1。本工法與穿鋼棒施工方法相比，從材料的使用上分析，兩種方法只是在橫系梁平臺的支撐上使用不同的方式，本工法采用牛腿加千斤頂方式、穿鋼棒法采用鋼棒加千斤頂方式，上部平臺使用的型鋼材料均一樣（工字鋼、槽鋼）；從施工時間分析，穿鋼板施工需要先將墩柱施工完畢后，再穿設(shè)鋼棒安裝系梁施工平臺再施工系梁，即墩柱與系梁分兩道工序組織施工，但本工法能實現(xiàn)同步施工，減少一道橫系梁循環(huán)施工周期，經(jīng)現(xiàn)場實施情況統(tǒng)計本工法施工循環(huán)周期（含砼養(yǎng)生期）為7天，穿鋼棒施工循環(huán)周期為11天，對比后一個循環(huán)本工法較鋼棒法減少施工時間4天。與穿鋼棒法相比，本工法節(jié)約成本費用9.29萬

18、元（針對本項目），節(jié)約施工時間約50%，成本費用分析見表10.1。本工法與抱箍施工方法相比，從材料的使用上分析，兩種方法只是在橫系梁平臺的支撐上使用不同的方式，本工法采用牛腿加千斤頂方式、抱箍法采用抱箍加千斤頂方式，上部平臺使用的型鋼材料均一樣（工字鋼、槽鋼）；從施工時間分析，抱箍施工需要先將墩柱施工完畢后，再安裝抱箍安裝系梁施工平臺再施工系梁，即墩柱與系梁分兩道工序組織施工，但本工法能實現(xiàn)同步施工，減少一道橫系梁循環(huán)施工周期，經(jīng)現(xiàn)場實施情況統(tǒng)計本工法施工循環(huán)周期（含砼養(yǎng)生期）為7天，抱箍施工循環(huán)周期為11天，對比后一個循環(huán)本工法較抱箍法減少施工時間4天。與抱箍法相比，本工法節(jié)約成本費用11.

19、25萬元（針對本項目），節(jié)約施工時間約50%，成本費用分析見表10.1。表10.1 成本費用比較表序號施工方案每道橫系梁一套支撐體系材料費用（萬元）擬投入數(shù)量（套）費用（萬元）備注1支架法1.601219.202鋼棒法1.571421.983抱箍法1.711423.94按1.6m墩徑計算4牛腿托架法1.41912.69本工法較支架法節(jié)約成本費用6.51萬元、較穿鋼棒法節(jié)約成本費用9.29萬元、較抱箍法11.25萬元。注：1.以上費用計算根據(jù)本工程所在地材料價格計算，上表不含工期節(jié)約的成本費用。2.上表投入套數(shù)根據(jù)本項目工期安排計算。10.2 社會效益采用墩身與橫系梁牛腿托架同步施工方法安全、質(zhì)量可靠，且施工工藝簡便、施工進(jìn)度快、成本低，效益良好。本項目橋梁多、工期緊、施工任務(wù)艱巨，采